vật lý 2,trần thị ngọc dung,dhbkhcm

vật lý 2,trần thị ngọc dung,dhbkhcm CHƯƠNG 2 VẬT DẪN 1 Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 2 Điện hưởng và tụ điện 3 Năng lượng điện trường 1 CuuDuongThanCong com https fb comtailieudientucntt http cuuduongthancong com https fb comtailieudientucntt Vật dẫn (vật liệu dẫn điện) Ví dụ Kim loại, than chì, các dung dịch muối, nước, cơ thể sống Vật liệu có sẵn các điện tích tự do mà có thể dễ dàng di chuyển từ nguyên tử (phân tử) này tới nguyên tử (phân tử) khác ⇒ quá trình tái phân bố điện tích trên t.

CHƯƠNG - VẬT DẪN Vật dẫn cân tĩnh điện Điện hưởng tụ điện Năng lượng điện trường CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Vật dẫn (vật liệu dẫn điện) ) Vật liệu có sẵn điện tích tự mà dễ dàng di chuyển từ nguyên tử (phân tử) tới nguyên tử (phân tử) khác ⇒ trình tái phân bố điện tích tồn bề mặt bị nhiễm điện Vật dẫn ª Ví dụ: Kim loại, than chì, dung dịch muối, nước, thể sống… Chất bán dẫn (vật liệu bán dẫn) ) Vật liệu mà điện tích tự định xứ vùng định tự di chuyển chịu tác động từ bên (ánh sáng, nhiệt độ…) ª Ví dụ: Si-líc, Germanium… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Phân loại vật liệu theo độ dẫn (khả dẫn điện) Độ dẫn Chất điện môi Vật dẫn Chất bán dẫn Bạc Đồng Nhơm Sắt Thủy ngân Than chì Nước Ger-ma-ni Si-líc Kh/khí khơ Gỗ Thủy tinh Cao su Vật dẫn kim loại ) Điện tích tự điện tử (electron) hóa trị liên kết yếu với hạt nhân nguyên tử mà dễ dàng bị bứt khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự ) Vật dẫn cân tĩnh điện: vật có điện tích tự đứng yên CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Điều kiện vật dẫn cân tĩnh điện ) Khơng có q trình dịch chuyển điện tích vector cường độ điện trường bên vật dẫn (khối rỗng): r Etrong = S ) Tại ∀ điểm bề mặt vật dẫn ª Et = ª En = E = σ εε ª Đường sức điện trường vng góc với bề mặt vật dẫn ∀ điểm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện Vật dẫn vật đẳng r r E = En ) Bên vật dẫn, E = 0: ª Hiệu điện M & N, N r VM − V N = ∫ E dS M N r Etrong = M E = ⇒ VM - VN = ª VM = VN = VA =VB ) Bên vật dẫn r r E = E n ⇒ E ⊥ mặt đẳng điểm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện Mặt Gauss Điện tích phân bố bề mặt ) Bên vật dẫn, áp dụng định lý Gauss r εε ∫ E dS = ∑ qi E = ⇒ i ∑q i =0 i ª Điện tích tập trung bề mặt vật dẫn Phân bố điện tích phụ thuộc hình dạng bề mặt ) Điện tích tập trung chủ yếu bề mặt lồi mũi nhọn ) Không có điện tích bề mặt lõm hốc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Hiện tượng điện hưởng ) Quả cầu B (trung hòa điện) rđặt gần cầu A tích điện (đ/trường E0 ) ª Lực hút tĩnh điện ⇒ điện tử (electron) dịch chuyển ngược chiều E0 phía bề mặt gần A ⇒ tích điện (-), phía đối diện tích điện (+) ª Q trình dịch chuyển điện r tích ⇒ r hình rthànhrE ' ⇒ chấm dứt E ' khử E0 ⇒ Etrong = 0 Điện tích cảm ứng ª Q trình phân bố lại điện tích tự vật dẫn tác dụng điện trường ⇒ tượng cảm ứng điện tĩnh = điện hưởng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Hiện tượng điện hưởng Điện hưởng phần ) Chỉ phần đường sức A qua B phần vơ ) Điện tích cảm ứng có độ lớn nhỏ độ lớn điện tích vật mang điện ⎜q’ ⎜< ⎜q ⎜ q q’ Điện tích cảm ứng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Hiện tượng điện hưởng Điện hưởng tồn phần ) Vật dẫn B bao kín vật mang điện A ⇒ tất đường sức A tận vật dẫn B q’ q ) Điện tích cảm ứng có độ lớn độ lớn điện tích vật mang điện ⎜q’ ⎜= ⎜q ⎜ Màn chắn tĩnh điện ) Vật dẫn cân tĩnh điện rỗng đặt trường ⇒ tái phân bố điện tích ⇒ Etrong = CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Điện dung vật dẫn cô lập ) Ở trạng thái cân tĩnh điện ⇒ vật dẫn vật đẳng với điện V ⇒ V tỉ lệ với điện tích vật, tức là: V = k.Q ª R O Q = = const = C ⇒ Q = C.V k V V Q 4πεε0 R ª Định nghĩa: Điện dung C vật dẫn cô lập đại lượng vật lý có giá trị trị số điện tích mà vật dẫn tích điện đơn vị điện ª C đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn Đơn vị điện dung: Fara (F), theo đó: F = 1C 1V Q 4πεε0 r O R Q = 4πε0 R V = 9.109 (m) ª Với cầu tích điện đặt chân khơng, có: C = Nếu C = F ⇒ R = C = 4πε0 4.3,14.8,86.10 −12 ª Vì thế, kỹ thuật điện điện tử thường sử dụng đơn vị: μF = 10-6 F; nF = 10-9 F pF = 10-12 F CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Điện hưởng tụ điện Tụ điện ) Hệ vật dẫn lập điều kiện hưởng ứng điện tồn phần ) Mỗi vật dẫn cực tụ điện, có điện tích +Q –Q (ở bề mặt) , điện +V –V ª Hiệu điện cực: V1 – V2 = U Điện dung tụ điện ) Điện dung C tụ: C = Q Q = V1 − V2 U ) Fara điện dung tụ điện có điện lượng Coulomb hiệu điện cực volt 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện S Điện dung tụ điện S Tụ điện phẳng ) Hệ vật dẫn kim loại phẳng, diện tích S, điện tích Q, -Q điện V1, V2, cách khoảng d (rất nhỏ) U ª Điện trường E cực coi gây mặt phẳng song song vô hạn mang điện với mật độ điện mặt σ ⇒ điện trường Q Q ) Điện dung C tụ: C = = V1 − V2 U Với: U = E.d E = ª Muốn tăng C CuuDuongThanCong.com Q σ = ε ε ε εS Điện trường C= Q ε εS = U d -Tăng S ⇒ nhược điểm: kích thước lớn - Giảm d ⇒ nhược điểm: U tăng → phóng điện đánh thủng 12 https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Điện dung tụ điện R1 Tụ điện cầu ) Hệ mặt cầu kim loại đồng tâm, bán kính R1 R2 (R1 > R2), điện tích Q, -Q điện V1, V2 R2 ª Hiệu điện cực tụ: Q ⎛1 ⎞ Q(R1 − R2 ) ⎜⎜ + ⎟⎟ = U = V1 − V2 = 4πε0 ε ⎝ R1 R2 ⎠ 4πε0 εR1 R2 ª Điện dung C tụ: C= R2 R1 Q 4πε0 εR1 R2 = (R1 − R2 ) U 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện hưởng tụ điện Điện dung tụ điện R2 R1 Tụ điện trụ ) Hệ mặt trụ kim loại đồng trục, bán kính R1 R2 (R1 < R2), độ cao l (l >> R1 R2), điện tích Q, -Q điện V1, V2 ª Hiệu điện cực tụ: Q R2 U = V1 − V2 = ln 2πε0 εl R1 ª Điện dung C tụ: Q 2πε0 εl C= = R U ln R1 R2 R1 +Q -Q 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Năng lượng điện trường Năng lượng tương tác hệ điện tích điểm Hệ điện tích điểm ) Thế q2 trường gây q1: W= q2 q1q2 ⎛ q2 ⎞ ⎛ q1 ⎞ ⎟⎟ + q2 ⎜⎜ ⎟⎟ = q1 ⎜⎜ 4πεε0 r ⎝ 4πεε r ⎠ ⎝ 4πεε r ⎠ V2 q1 1 ) Năng lượng hệ điện tích điểm: W = q1V1 + q2V2 2 Hệ điện tích điểm ⎛ q1q2 q2 q3 q3 q1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ = W = W12 + W23 + W31 = + + r23 r31 ⎠ 4πεε ⎝ r12 V1 ⎡ ⎛ q2 q3 ⎞⎤ ⎡ ⎛ q3 q1 ⎞⎤ ⎜⎜ + ⎟⎟⎥ + q2 ⎢ ⎜⎜ + ⎟⎟⎥ + = q1 ⎢ ⎣ 4πεε ⎝ r21 r31 ⎠⎦ ⎣ 4πεε0 ⎝ r32 r12 ⎠⎦ ⎡ ⎛ q1 q2 ⎞⎤ ⎜⎜ + ⎟⎟⎥ = (q1V1 + q2V2 + q3V3 ) + q3 ⎢ ⎣ 4πεε ⎝ r13 r23 ⎠⎦ CuuDuongThanCong.com r12 r31 r23 15 https://fb.com/tailieudientucntt Năng lượng điện trường Năng lượng tương tác hệ điện tích điểm n ) Năng lượng hệ n điện tích điểm: W = ∑ qiVi i =1 Năng lượng vật dẫn tích điện lập 1 1 Vdq = V dq = VQ = CV 2∫ ∫ 2 1 Q Q = C.V ⇒ W = CV = 2 C Năng lượng điện hệ vật dẫn tích điện ) Năng lượng vật dẫn: W = ) Hệ vật dẫn có điện tích Q1, Q2,…, Qn điện V1, V2,…, Vn ) Năng lượng hệ vật dẫn: W = CuuDuongThanCong.com n QiVi ∑ i =1 16 https://fb.com/tailieudientucntt Năng lượng điện trường Năng lượng điện trường Tụ điện phẳng ) Năng lượng điện tụ điện phẳng: E 1 ⎛ ⎞ W = QV1 + ⎜ − QV2 ⎟ = Q(V1 − V2 ) = QU = CU 2 2 ⎝ ⎠ ) Năng lượng điện trường cực: ⎛1 ⎞ W = CU = ⎜ εε E ⎟ A.d ⎝2 ⎠ Với: A.d = thể tích khơng gian tụ ) Năng lượng điện trường chứa đơn vị thể tích khơng gian điện trường: 1 wE = εε E hay: wE = E.εε E = ED 2 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Năng lượng điện trường Năng lượng điện trường Điện trường ) Chia nhỏ không gian có điện trường thành vơ số phần tử thể tích dV vơ nhỏ cho điện trường E dV coi ) Năng lượng điện trường thể tích dV: rr dW = w.dV = ED.dV ) Năng lượng điện trường thể tích khơng gian điện trường: rr W = ∫ dW = ∫ ED.dV V 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... vng góc với bề mặt vật dẫn ∀ điểm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vật dẫn cân tĩnh điện Tính chất vật dẫn cân tĩnh điện Vật dẫn vật đẳng r r E = En ) Bên vật dẫn, E = 0: ª... 4πεε0 R ª Định nghĩa: Điện dung C vật dẫn lập đại lượng vật lý có giá trị trị số điện tích mà vật dẫn tích điện đơn vị điện ª C đặc trưng cho khả tích điện vật dẫn Đơn vị điện dung: Fara (F),...1 Vật dẫn cân tĩnh điện Vật dẫn (vật liệu dẫn điện) ) Vật liệu có sẵn điện tích tự mà dễ dàng di chuyển từ nguyên tử (phân tử)